[论文解读] Sub-mm and X-ray background: two unrelated phenomena?

P. Severgnini, R. Maiolino+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究调查亚毫米波（亚毫米）和硬X射线（2–10 keV）背景是否源自同一类天体物理源。通过交叉比对34个源的深场钱德拉X射线与SCUBA亚毫米波数据，发现两者无显著重叠：X射线明亮的源在亚毫米波中较暗，而亚毫米波明亮的源在X射线中较暗。关键结果为：2–10 keV亮度高于10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²的源——贡献了超过75%的X射线背景——对亚毫米波背景的贡献不足7%，表明这两种背景很可能是无关的现象。

ABSTRACT

Obscured AGNs are thought to contribute a large fraction of the hard X-ray background (2-10 keV), and have also been proposed as the powerhouse of a fraction of the SCUBA sources which make most of the background at 850um, thus providing a link between the two spectral windows. We have tackled this issue by comparing data at 2-10 keV and at 850um for a sample of 34 sources at fluxes (or limiting fluxes) which resolve most of the background in the two bands. We present here new SCUBA observations, and new correlations between separate data sets retrieved from the literature. Similar correlations presented by others are added for completeness. None of the 11 hard X-ray (2-10 keV) sources has a counterpart at 850um, with the exception of a Chandra source in the SSA13 field, which is a candidate type 2, heavily absorbed QSO at high redshift. The ratios F(850um)/F(5keV) (mostly upper limits) of the X-ray sources are significantly lower than the value observed for the cosmic background. In particular, we obtain that 2-10 keV sources brighter than 10^-15 erg s^-1 cm^-2, which make at least 75% of the background in this band, contribute for less than 7% to the submillimeter background. Out of the 24 SCUBA sources, 23 are undetected by Chandra. The ratios F(850um)/F(5keV) (mostly lower limits) of these SCUBA sources indicate that most of them must be powered either by starburst activity, or by an AGN which is obscured by a column Nh > 10^25 cm^-2, with a reflection efficiency in the hard X rays significantly lower than 1% in most cases. However, AGNs of this type could not contribute significantly to the 2-10 keV background.

研究动机与目标

• 确定硬X射线（2–10 keV）与亚毫米波（850 µm）背景是否源自同一类遮蔽AGN群体。
• 检验一种假设：即高度吸收的AGN通过将X射线辐射再处理为亚毫米波辐射，从而驱动X射线与亚毫米波背景。
• 利用深度多波段数据，量化2–10 keV X射线源对850 µm亚毫米波背景的贡献。
• 基于X射线非探测结果，评估SCUBA探测到的亚毫米波明亮源是否由AGN或星暴驱动。

提出的方法

• 对BeppoSAX HELLAS源的一个子样本在JCMT进行了新的SCUBA观测。
• 将新数据与SSA13、HDF-N及强引力透镜星系团场的现有深场钱德拉X射线和SCUBA观测数据相结合。
• 对34个源在通量水平上实现对两种背景超过70%的解析度，进行2–10 keV X射线与850 µm亚毫米波数据的交叉相关分析。
• 使用通量比值F₈₅₀µm / F₅keV作为诊断工具：对X射线源使用上限，对亚毫米波源使用下限，以约束辐射机制。
• 将观测到的通量比值与理论模板（如Arp 220星暴、NGC 1068反射主导型AGN）进行比较，推断主导能量来源。
• 采用保守假设，利用通量极限和背景归一化，估算X射线源对亚毫米波背景的最大可能贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 硬X射线（2–10 keV）与亚毫米波（850 µm）背景是否源自同一类遮蔽AGN群体？
• RQ2 可探测到850 µm波长的2–10 keV X射线源占X射线背景的多大比例？
• RQ3 基于X射线非探测结果，SCUBA巡天中亚毫米波明亮源是由AGN还是星暴驱动？
• RQ4 是否可能存在康普顿光学厚AGN，其X射线反射效率较低，可解释亚毫米波发射但对X射线背景贡献甚微？
• RQ5 在解析大部分宇宙背景通量水平下，单个源的X射线与亚毫米波发射之间是否存在显著相关性？

主要发现

• 在11个2–10 keV亮度高于10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²的硬X射线源中，除SSA13中一个钱德拉源外，其余均无可探测的850 µm对应体；该源为高红移类型2、高度吸收的类星体。
• 在保守假设下，2–10 keV亮度高于10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²的源——对X射线背景的贡献至少达75%——对亚毫米波背景的贡献不足7%。
• 在24个SCUBA源中，23个在2–10 keV波段未被探测到，通量极限约为~1–2×10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²，表明其具有微弱或无硬X射线发射。
• SCUBA源的F₈₅₀µm / F₅keV比值（多为下限）表明其能量来源为星暴或N_H > 10²⁵ cm⁻²、反射效率<1%的遮蔽AGN。
• 推断出主导亚毫米波源的AGN类型（康普顿光学厚、低反射）预计不会对X射线背景有显著贡献，从而证实两种背景很可能无关。
• 钱德拉X射线数据可能因高能区有效面积下降而偏向软X射线发射，提示未来XMM观测可能揭示更暗、更硬的源。